[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Vorkondensaten
mit Diphenolcarbonat-Endgruppen der Formel (I)

worin
X eine Einfachbindung, C1-C5-Alkylen wie beispielsweise -CH2-, C2-C5-Alkyliden, wie beispielsweise

oder

bedeutet und
Y, bis Y, gleich oder verschieden sind und Wasserstoff, C1-C4-Alkyl, wie beispielsweise Methyl, oder Halogen, wie beispielsweise Chlor oder Brom,
bedeuten und
u und v unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 1 bis 4 sind, vorzugsweise zusammen
maximal 6 sind und insbesondere u = v = 1 ist,
-O-A-O-ein aliphatischer Diolatrest ist, der über Carbonatgruppen verlängert sein
kann,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man aromatische Polycarbonate der Formel (11)

worin
X und Y,-Y. die für Formel (I) genannte Bedeutung haben, und n eine ganze Zahl von
4 bis 1200, vorzugsweise von 80 bis 800 ist,
mit aliphatischen Diolen HO-A-OH mit mittleren Molekulargewichten Mn (Zahlenmittel)
von 300 bis 15000, vorzugsweise von 500 bis 10000 entweder in der Schmelze bei Temperaturen
von 160° C bis 250° C, vorzugsweise von 190° C bis 220° C, oder in Lösung eines organischen
Lösungsmittels für das herzustellende Polymere mit Diphenolcarbonat-Endgruppen gegebenenfalls
in Gegenwart von Katalysatoren innerhalb von 2 bis 60 Stunden umestert, wobei pro
Mol aliphatisches Diol 1,4 bis 10, vorzugsweise 1,6 bis 6 und besonders bevorzugt
1,8 bis 3 und insbesondere 2 Struktureinheiten der Formel (11) eingesetzt werden.
[0002] Die Formel (I) stellt eine idealisierte Darstellung der erhaltenen Reaktionsprodukte
dar.
[0003] Geeignete aliphatische Diole HO-A-OH sind Polyesterdiole, Polyetherdiole, Polysiloxandiole,
Polythioetherdiole, Polyacetaldiole und aliphatische Polycarbonatdiole.
[0004] Geeignete Lösungsmittel sind aromatische Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Chlorbenzol,
Xylol, Alkylbenzol, Toluol und Benzol sowie höhermolekulare aromatische Kohlenwasserstoffe,
aber auch aliphatische, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise CH
2Cl
2, Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff. Die Durchführung der Reaktion in Lösung kann
zwischen Raumtemperatur und etwa 250° C erfolgen, wobei in Abhängigkeit von der Siedetemperatur
des Lösungsmittels gegebenenfalls Drücke bis etwa 20 bar, vorzugsweise bis etwa 6
bar anzuwenden sind.
[0005] Geeignete Katalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren sind
a) Übergangsmetallverbindungen wie
Titansäuretetraalkylester,
Dialkylzinndicarboxylate,
Zinndicarboxylate,
Chelate von Fe, Zn, Co, Ni, Pb,
[0006] Carboxylate von Pb, Co, Ni, Fe und
b) Basen wie tertiäre Amine oder Oxide, Hydroxide, Carbonate, Alkoholate, Phenolate
oder Carboxylate von Alkali-oder Erdalkalimetallen.
[0007] Die Katalysatoren werden in Mengen zwischen 0,0001 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,001
bis 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des eingesetzten Reaktionsgemisches,
verwendet.
[0008] Die erhaltenen Vorkondensate mit Diphenolcarbonat-Endgruppen sind bekannte Verbindungen
(siehe beispielsweise DE-OS 26 36 784 (Le A 17 025), DE-OS 27 26 376 (Le A 18 015),
DE-OS 28 27 325 (Le A 18 819) und DE-OS 28 37 526 (Le A 18 995)), mit Ausnahme derjenigen,
die auf Basis der hydroxyfunktionellen Polysiloxane erhalten werden können.
[0009] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit auch nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhältliche Vorkondensate der Formel (I), worin -O-A-O-ein Rest der Formel
(IVa) ist,

worin R' ein aliphatischer, cycloaliphatischer, araliphatischer oder aromatischer
Rest ist, der noch durch Halogen oder Cyan oder Alkyl substituiert sein kann, und
worin R
z und R3 aliphatische oder cycloaliphatische Reste sind, und worin r eine ganze Zahl
von 5 bis 200, vorzugsweise 15 bis 90 ist.
[0010] Die erhaltenen Vorkondensate sind beispielsweise geeignet zur Herstellung von Blockcopolycarbonaten
nach dem Phasengrenzflächenverfahren, da sie phenolische OH-Endgruppen enthalten.
[0011] Bislang erfolgte die Herstellung derartiger Produkte mit Diphenolcarbonat-Endgruppen
entweder zweistufig (siehe beispielsweise DE-OS 26 36 784 und DE-OS 27 26 376) oder
einstufig mit Diphenylcarbonat unter Abspaltung von Phenol (siehe DE-OS 28 27 325
und DE-OS 28 37 526). Das vorliegende Verfahren hat den Vorteil, daß die Abspaltung
und damit die Abtrennung von Phenol sehr reduziert oder sogar ganz vermieden werden
kann, was unter anderem apparative Vorteile hat.
[0012] Bislang diente das Einwirken von Polycarbonat in der Schmelze auf Polyester zum Aufbau
von Polymeren mit Kohlensäureester-und Carbonsäureesterstrukturen (siehe beispielsweise
DE-OS 14 20 232 bzw. GB-PS 898 775, insbesondere Beispiel 4, GB-PS 954 500, Beispiel
5, GB-PS 1 139 412, Seite 3, linke Spalte, DE-OS 2 919 629, DE-OS 30 39 066 sowie
"Polymer Engineering and Science", März 1982, Vol. 22, No. 4).
[0013] Gemäß DE-OS 24 55 025 ist die Herstellung von Carbonatgruppen enthaltenden thermoplastischen
Polyestern bekannt, indem man lineare, hydroxylgruppenhaltige Polyester mit aromatischen
Polycarbonaten reagieren läßt. Hierbei können unter Abbau des Polycarbonats Carbonatgruppen
und/oder ganze Polycarbonatsegmente in den Po- - lyester eingebaut werden. Das Verfahren
führt jedoch nicht zu den Verfahrensprodukten der vorliegenden Erfindung.
[0014] Schließlich ist noch aus der DE-OS 33 20 260 - (Le A 22 153) die Herstellung von
Diphenolestem von Carbonsäuren durch Umsetzung von Carbonsäuren mit hochmolekularen
Polycarbonaten bekannt.
[0015] Die aromatischen Polycarbonate gemäß Formel (II) sind bekannte Stoffe (siehe dazu
beispielsweise US-Patent 30 28 365 sowie "H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates,
Interscience Publishers, New York, 1964"). Ihre mittleren Gewichtsmittelmolekulargewichte
M w liegen zwischen 1000 und 300 000, vorzugsweise zwischen 20 000 bis 200 000, ermittelt
mittels Lichtzerstreuung.
[0016] Bevorzugte Polycarbonate der Formel (II) sind Homopolycarbonate oder Copolycarbonate,
in denen X CH
2,

oder -S- ist, und Y, bis Y. H, Br oder CH3 sind.
[0017] Bei Einsatz von Copolycarbonaten ergeben sich konsequenterweise Gemische von Verbindungen
der Formel (I).
[0018] Besonders bevorzugte Polycarbonate der Formel (11) sind solche auf Basis von
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan,
1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan,
2,2-Bis-(3,5-dichior-4-hydroxyphenyl)-propan,
2,2-Bis-(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan,
2,2-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan,
Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-methan und
Bis-(4-hydroxyphenyl)-sulfid.
[0019] Die Polycarbonate der Formel (II) können in üblicher Weise Phenylendgruppen haben,
was durch Herstellung der Polycarbonate mit den üblichen phenolischen Kettenabbrechern
erreicht wird. Übliche Kettenabbrecher sind neben Phenol beispielsweise p-tert.-Butylphenol,
p-Chlorphenol und 2,4,6-Tribromphenol. Die Polycarbonate der Formel (II) können jedoch
auch ohne Kettenabbrecher in bekannter Weise hergestellt sein.
[0020] Eventuell bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehendes Phenol, das in umso geringerer
Menge anfällt, je höhermolekular das eingesetzte Polycarbonat der Formel (II) ist,
kann gewünschtenfalls leicht in bekannter Weise abdestilliert werden.
[0021] Die nachfolgend als aliphatische Diole HO-A-OH charakterisierten Ausgangsverbindungen
sind entweder literaturbekannt oder nach literaturbekannten Verfahren herstellbar.
[0022] Als HO-A-OH erfindungsgemäß geeignete Polyesterdiole sind beispielsweise Umsetzungsprodukte
von zweiwertigen Alkoholen mit zweiwertigen, Carbonsäuren. Anstelle der freien Polycarbonsäuren
können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester
von niedrigen Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung der Polyesterpolyole verwendet
werden. Die Polycarbonsäuren können aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatischer
und/oder heterocyclischer Natur sein und gegebenenfalls, .z.B. durch Halogenatome,
substituiert und/oder ungesättigt sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: Oxalsäure,
Malonsäure, Bemsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure,
Terephthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid,
Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimere Fettsäuren sowie hydrierte dimere
Fettsäuren. Unter dimeren Fettsäuren versteht man Dimerisationsprodukte von ungesättigten
Fettsäuren (C,.) wie ÖI-, Linol-und Linolensäure; diese können anschließend zu den
hydrierten dimeren Fettsäuren hydriert werden.
[0023] Als zweiwertige Alkohole kommen, gegebenenfalls, im Gemisch miteinander, beispielsweise
Ethylenglykol, 1,2-und 1,3-Propylenglykol, 1,2-, 2,3-, 1,3-und 1,4-Butandiol, Pentandiole,
Neopentylglykol, Hexandiole z.B. 1,6-Hexandiol, Trimethylhexandiole, 1,8-Octandiole,
Decandiole, Dodecandiole, Octadecandiole, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol,
Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Tetrapropylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol,
1,1-Cyclohexan-dimethanol, Perhydrobisphenole z.B. 4,4'-(1-Methylethyliden)-bis-cyclohexanol,
2,2-Bis-(4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl)-propan in Frage.
[0024] Möglich ist auch die Mitverwendung von dreiwertigen Alkoholen in untergeordneten
Mengen wie beispielsweise Glycerin, Trimethylolethan und Trimethylolpropan.
[0025] Ferner kommen Ethylenoxid-bzw. Propylenoxidaddukte an die obengenannten zweiwertigen
Alkohole in Frage sowie Polyethylenglykole, Polypropylenglykole und Polybutylenglykole.
[0026] Durch die Wahl des definierten Alkoholüberschusses wird der Gehalt an Hydroxyl-Endgruppen
und damit das "mittlere" Molekulargewicht M n vorgegeben. Vorzugsweise werden Polyester
aus ausschließlich aliphatischen Ausgangskomponenten eingesetzt.
[0027] Als HO-A-OH geeignete hydroxylgruppenhaltige Polyester im Sinne der Erfindung sind
z.B. auch solche, die durch Polymerisation eines Lactons, beispielsweise
E-Caprolacton oder durch Kondensation einer Hydroxycarbonsäure, beispielsweise von
M-Hydroxycapronsäure auf einen Hydroxylgruppen enthaltenden Starter hergestellt werden.
Das m n dieser Polyester ergibt sich wiederum rechnerisch wie vorstehend beschrieben.
[0028] Als HO-A-OH erfindungsgemäß geeignete Polyetherdiole sind beispielsweise die der
Formel - (111)

worin
R' und R" unabhängig voneinander H oder C1-C4-Alkyl sind,
a eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist und
b eine ganze Zahl von 3 bis 140, insbesondere 3 bis 90 ist.
[0029] Beispiele dafür sind Poly(ethylenoxid)-glykole, Poly-(1,2-propylenoxid)-glykole,
Poly-(1,3-propylenoxid)-glykole, Poly-(1,2-butylenoxid)-glykole, Poly-(tetrahydrofuran)-glykole,
die entsprechenden Poly-(pentylenoxid)-glykole, Poly-(hexamethylenoxid)-glykole, Poly-(heptamethylenoxid)-glykole,
Poly-(octamethylenoxid)-glykole, Poly-(nonamethylenoxid)-glykole und die Copolymeren
oder Blockmischpolymeren aus beispielsweise Ethylenoxid und Propylenoxid.
[0030] Als HO-A-OH erfindungsgemäß geeignete Polysiloxandiole sind beispielsweise die der
folgenden Formel (IV)

[0031] Beispiele für die Reste R' in Formel (IV) sind aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische
und aromatische Reste, die noch durch Halogen oder Cyan oder Alkyl substituiert sein
können; Beispiele für R' sind Methyl, Ethyl, Propyl, Chlorbutyl, Cyanethyl, Cyanbutyl,
Phenyl, Chlorphenyl, Xylyl, Tolyl, Benzyl und Phenethyl. R
2 und R3 sind beispielsweise aliphatische Reste wie -CH2-oder -CH2-CH
2-, oder cycloaliphatische Reste,
[0032] r ist eine ganze Zahl von 5 bis 200, vorzugsweise von 15 bis 90.
[0033] Als HO-A-OH erfindungsgemäß einsetzbare Polythioetherdiole sind beispielsweise die,
welche durch eine saure Kondensation von Thiodiglykol mit sich selbst oder mit anderen
Diolen, wie beispielsweise Hexandiol-(1,6) hergestellt werden, und deren Molekulargewichte
nach bekannten Verfahren reguliert werden.
[0034] Als HO-A-OH erfindungsgemäß einsetzbare Polyacetaldiole sind beispielsweise die,
welche durch saure Kondensation von Diolen wie z.B. Diethylenglykol, Triethylenglykol,
Butandiol-(1,4), Hexandiol-(1,6), mit aliphatischen Aldehyden, wie z.B. Formaldehyd,
Acetaldehyd hergestellt werden, und deren Molekulargewichte nach bekannten Methoden
reguliert werden
[0035] Als HO-A-OH erfindungsgemäß einsetzbar aliphatische Polycarbonatdiole sind beispielsweise
die aus Glykolen wie 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 3-Methylpentandiol-1,5,
Trimethylhexandiol-1,6, 1,6-Hexandiol, 1,12-Dodecandiol, 1,12-Octadecandiol, Diethylenglykol,
Triethylenglykol und deren höhere Homologe, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Neopentylglykol
durch Umsetzung mit Diethylcarbonat oder Diphenylcarbonat bzw. durch Umsetzung mit
Phosgen nach bekannten Verfahren hergestellt werden und ein m
n von 300 bis 15 000 besitzen.
[0036] Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Vorkondensate eignen sich,
wie bereits erwähnt, als Ausgangsbisphenole für die Herstellung von Polycarbonaten
nach dem bekannten Zweiphasengrenzflächenpolykondensationsverfahren. Man erhält so
beispielsweise die bekannten hochmolekularen aliphatisch-aromatischen Polycarbonat-Elastomeren.
[0037] Die Weiterverarbeitung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Vorkondensate
erfolgt beispielsweise gemäß DE-OS 27 26 376 (Le A 18 015) für Polyesterdiphenole,
gemäß DE-OS 26 36 784 (Le A 17 025) für Polyetherdiphenole, und gemäß DE-OS 28 27
325 (Le A 18 819) für aliphatische Polycarbonatdiphenole. Entsprechendes gilt für
die Vorkondensate mit Diphenol-carbonat-Endgruppen aus den Polysiloxandiolen, aus
den Polythioetherdiolen und aus den Polyacetaldiolen.
[0038] Die durch diese Weiterverarbeitung erhältlichen plastischen, mehr oder weniger elastischen,
segmentierten Polycarbonate können beispielsweise als' Dichtungsmaterial, als Isoliermaterial
in der Elektrotechnik sowie als Ausgangsmaterial für Schläuche und Automobilteile
technisch Verwendung finden.
[0039] Die in nachfolgenden Beispielen sowie in der voranstehenden Beschreibung aufgeführten
mittleren Zahlenmittelmolekulargewichte
m n wurden durch Bestimmung der OH-Zahl ermittelt.
[0040] Die Bestimmung der OH-Zahlen der erfindungsgemäß erhältlichen Vorkondensate erfolgt
durch Acylierung mit Acetanhydrid in Pyridin und Rücktitration der entstandenen Essigsäure
und des Anhydridüberschusses mit NaOH. Dabei werden sowohl aliphatische als auch phenolische
Hydroxylgruppen erfaßt.
[0041] Phenolisches OH wird durch photometrische Bestimmung mit TiCl
4 bestimmt.
Beispiele
Beispiel 1
[0042] Herstellung eines hydrierten Dimerfettsäure-Hexandiol-Polyesters mit Diphenolcarbonat-Endgruppen
des 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propans - (Bisphenol A)
[0043] In einen Rührkessel werden 16 kg (4 Mol) eines hydrierten Dimerfettsäure-Hexandiol-Polyesters
(m n 4000, OH-Zahl 28) und 2,034 kg Bisphenol A-Polycarbonat mit einer relativen Viskosität
von ηrel = 1,28 (gemessen an 0,5 g Polycarbonat in 100 ml CH
2Cl
2) als Granulat gegeben. Dazu werden als Umesterungskatalysator 13,7 ml 2N-Natronlauge
gegeben. Unter Stickstoffatmosphäre wird das Reaktionsgemisch innerhalb 1 Stunde auf
200° C erhitzt. Man läßt noch weitere 12 Stunden bei dieser Temperatur rühren. Während
dieser Zeit wird das gesamte Granulat langsam aufgelöst. Danach wird noch 4 Stunden
bei dieser Temperatur unter N2-Atm gerührt. Das leicht gefärbte, viskose Öl hat eine
OH-Zahl von 26 (ber.: 24,8), entsprechend einem mittleren Molekulargewicht m n von
4308. Eine phenolische OH-Bestimmung mit TiCI. ergab nach photometrischer Analyse
0,8 % phenolisches OH entsprechend einem mittleren Molekulargewicht von 4250. Die
Viskosität des isolierten Öls in 45 % Xylollösung beträgt 65 sec - (gemessen in einem
Auslaufbecher 4 DIN 53 211).
Beispiel 2
[0044] Herstellung eines hydrierten Dimerfettsäuretiexandiol-Polyesters mit Diphenolcarbonat-Endgruppen
des Bisphenol A in Chlorbenzollösung
[0045] In einen 2 I Dreihalskolben mit Rückflußkühler werden 500 g (0,125 Mol) eines hydrierten
Dimerfettsäure-Hexandiol-Polyesters (M n 4000), 94,06 g Bisphenol A-Polycarbonat (ηrel
= 2,2, gemessen von 0,5 g in 100 ml CH
2Cl
2), 0,48 ml 2N Natronlauge und 300 ml Chlorbenzol- gegeben. Die Reaktionsmischung läßt
man 22 Stunden unter Rückfluß rühren. Während dieser Zeit geht das gesamte hochmolekulare
Polycarbonat durch Umesterung in Lösung. Nach Abdestillieren des Chlorbenzols im Vakuum
hat das leicht gefärbte, viskose Öl folgende Kennzahlen:
OH-Zahl 26,5 (ber.: 24,8), m n = 4226,4
Phenolisches OH nach TiCl4: 0,8 % entsprechend m n 4250.
[0046] Viskosität in 45 % Xylollösung 64 sec - (gemessen gemäß Beispiel 1).
Beispiel 3
[0047] Herstellung eines Polytetramethylenoxiddiols mit Diphenolcarbonat-Endgruppen des
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propans (Bisphenol A)
[0048] In einen 2 I Dreihalsrührkolben werden 500 g - (0,25 Mol) Polytetramethylenoxiddiol
(m n 2000, OH-Zahl 56), 127,15 g Bisphenol A-Polycarbonat (η rel 1,28) und 0,48 ml
2N Natronlauge vorgelegt.
[0049] Unter Rühren und Stickstoffatmosphäre wird das Reaktionsgemisch innerhalb 1 Stunde
auf 200° C erhitzt. Man läßt noch weitere 12 Stunden bei dieser Temperatur rühren,
während das gesamte Polycarbo nat durch Umesterung aufgelöst wird.
[0050] Danach wird noch 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Das viskose Öl hat folgende
Kennzahlen:
OH-Zahl = 44 [ber. 44,7 (m n 2508,6)]
[0051] Phenolisches OH nach TiCl
4: 1,34 (m n 2537).
Beispiel 4
[0052] Herstellung eines Hexandiol-Adipinsäurepolyesters mit Diphenolcarbonat-Endgruppen
des Bisphenols A
[0053] In einem 2 I Dreihalskolben werden 500 g (0,25 Mol) Hexandiol-Adipinsäurepolyester
(m n 2000, OH-Zahl 56), 127,15 g Bisphenol A-Polycarbonat (η rel 1,28) und 0,48 ml
2N Natronlauge vorgelegt.
[0054] Unter Rühren und Stickstoffatmosphäre wird das Reaktionsgemisch innerhalb 1 Stunde
auf 200° C erhitzt. Man läßt noch weitere 14 Stunden bei dieser Temperatur rühren,
während das gesamte Polycarbonat durch Umesterung aufgelöst wird.
[0055] Nach weiterem Rühren (2 Stunden) erhält man ein bei 48° C schmelzendes Wachs das
folgende Kennzahlen besitzt:
OH-Zahl: 45 [ber. 44,7 (M n 2508,6)]
Phenolisches OH nach TiCl4: 1,33 (m n 2556)